Trichothecenes là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và phân loại chung

Trichothecenes là nhóm mycotoxin (độc tố nấm mốc) sesquiterpene được sản xuất chủ yếu bởi các loài Fusarium, Stachybotrys và Trichoderma. Chúng thường xuất hiện trên ngũ cốc, hạt đậu và thực phẩm lưu trữ kém vệ sinh, gây nguy cơ sức khỏe cho người và động vật khi tiêu thụ qua đường ăn uống hoặc hít phải bào tử nấm có chứa độc tố.

Theo cấu trúc hóa học và nhóm chức bên ngoài vòng cầu, trichothecenes được phân thành bốn loại chính:

• Type A: không có nhóm carbonyl tại vị trí C-8, ví dụ T-2 toxin và HT-2 toxin.
• Type B: có nhóm carbonyl tại C-8, ví dụ deoxynivalenol (DON – vomitoxin) và nivalenol.
• Type C: chứa vòng epoxide kép hoặc nhóm ether cầu tạo liên kết bổ sung.
• Type D: có cầu phụ nối giữa C-4 và C-15 (ví dụ satratoxin).

Phân loại này rất quan trọng để đánh giá độc tính và cơ chế tác động, bởi Type A thường độc hơn Type B do cấu trúc epoxide dễ phản ứng. Các khuyến nghị giám sát trichothecenes trong thực phẩm được ban hành bởi EFSA và Codex Alimentarius nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng. EFSA – Mycotoxins

Cấu trúc hóa học và con đường tổng hợp

Khung cơ bản của trichothecenes là hệ sesquiterpene C15 với vòng epoxide tại vị trí C-12/13, nhóm hydroxyl và ester hóa tạo nên các biến thể về độc tính. Điểm chung là vòng epoxide (–O–) hình thành giữa hai nguyên tử cacbon kề nhau, chịu trách nhiệm gây ức chế tổng hợp protein và độc tính cấp tính.

Con đường sinh tổng hợp bắt đầu từ farnesyl diphosphate (FPP), thông qua enzyme trichodiene synthase (TRI5) tạo trichodiene. Tiếp theo là chuỗi oxy hóa và biến đổi chức năng do các enzyme cytochrome P450 (TRI4), dehydrogenase (TRI101) và acetyltransferase (TRI3) thực hiện, lần lượt hình thành các dẫn chất Type A và B.

Sự điều hòa chuỗi gene TRI chịu ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và pH, dẫn đến sự khác biệt về nồng độ trichothecenes trong cùng một loài Fusarium. PubChem – Deoxynivalenol

Cơ chế độc tính và tác động tế bào

Trichothecenes ức chế tổng hợp protein bằng cách gắn vào tiểu đơn vị 60S của ribosome, ngăn ngừa quá trình peptidyl transferase. Kết quả là dịch mã dừng lại, gây stress nội bào, kích hoạt phản ứng unfolded protein response và apoptosis.

• Kích hoạt đường dẫn MAPK (p38, JNK), tăng sinh cytokine viêm như TNF-α, IL-6.
• Tăng tạo các gốc tự do phản ứng (ROS), gây tổn thương màng ty thể và DNA.
• Ức chế hoạt động enzyme tổng hợp DNA và RNA khi liên kết epoxide.

Ứng dụng tế bào in vitro (đại thực bào, tế bào gan, ruột) và mô hình động vật cho thấy độc tính của Type A (T-2 toxin) cao gấp nhiều lần DON. Ngoài ra, trichothecenes còn gây giảm miễn dịch, suy giảm tạo tế bào máu và rối loạn tiêu hóa nghiêm trọng. CDC – Mycotoxins

Phân bố và nguồn gốc trong thực phẩm

Trichothecenes thường xuất hiện trong ngũ cốc (lúa mì, ngô, lúa mạch), đậu tương và các sản phẩm làm từ hạt ở điều kiện độ ẩm >20% và nhiệt độ 10–30 °C. Tại châu Âu, DON được phát hiện ở >70% mẫu lúa mì thu hoạch; tại Bắc Mỹ, T-2 toxin phổ biến trong lúa mạch.

Khả năng nhiễm nấm và sản sinh độc tố phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, kỹ thuật canh tác và bảo quản sau thu hoạch. Các vụ nấm mốc thường gia tăng sau mùa mưa hoặc lưu kho ẩm ướt, đòi hỏi kiểm soát độ ẩm ≤13% và vệ sinh bề mặt silo.

Hệ thống giám sát của EFSA và FDA đưa ra giá trị giới hạn pháp lý DON ≤1 000 µg/kg trong lúa mì, đồng thời khuyến nghị sử dụng ELISA và LC–MS/MS để phát hiện nhanh và chính xác. FDA – Mycotoxins

Phương pháp phát hiện và định lượng

Phát hiện trichothecenes thường kết hợp các kỹ thuật sắc ký và miễn dịch để đạt độ nhạy cao ở ngưỡng µg/kg (ppb). Phương pháp chuẩn xác nhất là sắc ký lỏng ghép khối phổ (LC–MS/MS), cho phép phân tích đồng thời nhiều đồng phân và định lượng chính xác trong mẫu thực phẩm và thức ăn chăn nuôi.

ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) là phương pháp nhanh, dễ thực hiện, thích hợp sàng lọc số lượng lớn mẫu tại hiện trường. Kit ELISA thương mại cho DON, T-2 và HT-2 toxin có độ nhạy ~50 µg/kg và thời gian phân tích <2 giờ.

• LC–MS/MS: độ nhạy 1–5 µg/kg, phân biệt đồng phân tốt.
• HPLC–UV/PDA: sử dụng bước sóng 220–260 nm, ngưỡng phát hiện ~50–100 µg/kg.
• ELISA: sàng lọc nhanh, ngưỡng ~50 µg/kg.
• Lateral flow assay: kiểm tra nhanh (<15 phút) tại kho chứa và nhà máy xay xát.

Kỹ thuật quang phổ FTIR và Raman đang được nghiên cứu ứng dụng để phát hiện nhanh mẫu không phá hủy, tuy độ phân giải kém hơn sắc ký nhưng chi phí thấp và khả năng tự động hóa cao.

Tác động độc học trên động vật và con người

Trichothecenes gây độc cấp tính với liều cao: buồn nôn, nôn mửa, tiêu chảy, chóng mặt và tổn thương niêm mạc tiêu hóa. Liều gây chết trung bình (LD50) cho T-2 toxin ở chuột dao động 3–10 mg/kg thể trọng.

Ở liều thấp mãn tính, DON (vomitoxin) làm giảm tăng trưởng, ức chế miễn dịch, thay đổi chức năng gan và thận, đặc biệt nguy hiểm với trẻ em và động vật non. Nghiên cứu cho thấy NOAEL cho DON ở người ~1 µg/kg/ngày và JECFA đề xuất PTDI (Provisional Tolerable Daily Intake) là 1 µg/kg thể trọng/ngày.

Cơ chế độc học chủ yếu qua ức chế tổng hợp protein, kích hoạt stress nội bào, tăng ROS và apoptosis. Trichothecenes cũng gây rối loạn nội tiết và cư trú lâu dài trong mô gan, thận và tủy xương, dẫn tới suy giảm miễn dịch và nguy cơ ung thư đường tiêu hóa.

Quy chuẩn pháp lý và hướng dẫn an toàn

Codex Alimentarius quy định giới hạn tối đa DON trong lúa mì và sản phẩm từ ngũ cốc là 1 000 µg/kg, còn T-2/HT-2 tổng cộng ≤200 µg/kg. Liên minh châu Âu (EC 1881/2006) và Mỹ (FDA advisory levels) áp dụng ngưỡng tương tự, đồng thời kiểm soát cấp thức ăn chăn nuôi thấp hơn 500 µg/kg.

Cơ quan An toàn Thực phẩm châu Âu (EFSA) và WHO khuyến nghị giám sát thường niên, sử dụng phương pháp LC–MS/MS và ELISA để đảm bảo tuân thủ quy định. Hệ thống HACCP và GMP tại nhà máy xay, sản xuất ngũ cốc bắt buộc có điểm kiểm soát theo dõi độ ẩm và nồng độ mycotoxin.

• Codex: DON ≤1 000 µg/kg, T-2+HT-2 ≤200 µg/kg.
• EU: Quy định EC 1881/2006, tương tự Codex.
• FDA: Advisory level DON ≤1 000 µg/kg trong thực phẩm người, ≤5 000 µg/kg trong thức ăn chăn nuôi.
• JECFA/WHO: PTDI DON 1 µg/kg thể trọng/ngày.

Biện pháp phòng ngừa và kiểm soát

Quản lý đồng ruộng và thu hoạch đúng thời điểm giúp giảm nhiễm nấm Fusarium. Luân canh cây trồng, gieo trồng giống kháng bệnh và sử dụng phân bón cân đối là biện pháp sinh học hiệu quả.

Sau thu hoạch, kiểm soát độ ẩm <13% trong silo và sử dụng điều kiện nhiệt độ 0–5 °C giúp ức chế sinh sôi nấm mốc. Máy sấy ngũ cốc công nghiệp cần đảm bảo lưu lượng gió đủ để khí hóa hơi nước nhanh.

• Luân canh ngũ cốc và cây họ đậu.
• Sử dụng giống kháng Fusarium.
• Kiểm soát độ ẩm silo ≤13%.
• Vệ sinh thiết bị và lưu kho kín.

Phương pháp giảm độc và phân hủy

Xử lý hóa lý như ozone, chiếu tia UV và xử lý nhiệt ẩm (70–80 °C, 30 phút) có thể phá vỡ vòng epoxide, giảm nồng độ trichothecenes đến 50–80%. Tuy nhiên quá trình này có thể ảnh hưởng chất lượng dinh dưỡng.

Enzymatic detoxification sử dụng hydrolase và epoxide reductase phân lập từ Bacillus hoặc Trichoderma để chuyển hóa trichothecenes thành dẫn chất ít độc hơn. Nghiên cứu cho thấy xử lý enzym giảm độc tính DON >90% trong 24 giờ.

Hướng nghiên cứu và triển vọng tương lai

Nghiên cứu phát triển biosensor real-time sử dụng aptamer và kháng thể đơn dòng để phát hiện trichothecenes với thời gian <5 phút, ngưỡng <1 µg/kg. Các sensor điện hóa và quang học đang trong giai đoạn thử nghiệm phòng thí nghiệm.

Ứng dụng công nghệ CRISPR/Cas để tắt hoặc điều chỉnh gene TRI5 trong Fusarium, giảm khả năng sinh tổng hợp trichothecenes ngay từ giai đoạn nấm phát triển. Mô hình thực nghiệm trường đang được triển khai để đánh giá hiệu quả và an toàn môi trường.

Phân tích kết hợp nhiều mycotoxin (mixtures) theo hướng risk assessment tổng hợp được khuyến nghị để đánh giá tác động cộng gộp. AI và machine learning hỗ trợ dự báo nồng độ trichothecenes dựa trên dữ liệu khí hậu, thổ nhưỡng và kỹ thuật canh tác, giúp cảnh báo sớm và xây dựng hệ thống quản lý thông minh. EFSA – Combined Exposure

Tài liệu tham khảo

• EFSA Panel on Contaminants in the Food Chain. “Scientific Opinion on risks for animal and public health related to the presence of trichothecenes in food and feed.” EFSA Journal. 2017;15(3):4674.
• Vegi A., Satyanarayana T. “Trichothecenes: occurrence, toxicity and analytical methods.” Crit Rev Food Sci Nutr. 2015;55(16):2401–2420.
• U.S. Food and Drug Administration. “Mycotoxins.” https://www.fda.gov/food/chemicals/food-additives-mycotoxins
• Codex Alimentarius Commission. “General Standard for Contaminants and Toxins in Food and Feed.” Codex STAN 193-1995.
• WHO. “Mycotoxin control in low- and middle-income countries.” FAO/WHO; 2018.
• CDC. “Mycotoxin Factsheet.” https://www.cdc.gov/fungal/mycotoxins.html
• Placinta C.M., D’Mello J.P.F., Macdonald A.M.C. “A review of worldwide contamination of cereal grains and animal feed with Fusarium mycotoxins.” Animal Feed Science and Technology. 1999;78(1):21–37.
• Journal of Agricultural and Food Chemistry. “Enzymatic degradation of trichothecenes.” https://pubs.acs.org/journal/jaffc6